ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ - ΕΜΠ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής & Συστημάτων Πληροφορικής Εργαστήριο Διαχείρισης & Βέλτιστου Σχεδιασμού Δικτύων Τηλεματικής - NETMODE Συστήματα Αναμονής (Queuing Systems) Tutorial στο Octave
Τι είναι το Octave A high-level programming language, primarily intended for numerical computations, Wikipedia Δωρεάν εναλλακτική του MATLAB Συμβατό με το MATLAB Website: https://www.gnu.org/software/octave/ Διαθέσιμο και σε γραμμή εντολών (CLI) και σε γραφικό περιβάλλον (GUI)
Εγκατάσταση Octave Windows: https://www.gnu.org/software/octave/#install Linux: apt-get update & apt-get install octave
Το γραφικό περιβάλλον του Octave Command window: ο χώρος στον οποίο ο χρήστης εισάγει εντολές και βλέπει τα αποτελέσματά τους Workspace: ο χώρος στον οποίο παρουσιάζονται πληροφορίες για τις μεταβλητές που έχει ορίσει ο χρήστης Command History: το ιστορικό των εντολών που έχει εκτελέσει ο χρήστης Παράθυρο εντολών Χώρος μεταβλητών Ιστορικό εντολών Editor: αποθήκευση.m files Editor: αποθήκευση εντολών σε.m files, συγγραφή προγραμμάτων
Octave CLI Εκτέλεση των εντολών του Octave από γραμμή εντολών Στο tutorial αυτό θα επικεντρωθούμε στο γραφικό περιβάλλον του Octave
clc: καθαρισμός του command window Βασικές εντολές clear: καθαρισμός του workspace clear x: διαγραφή της μεταβλητής x από το workspace clear all: διαγραφή όλων των μεταβλητών από το workspace close: κλείσιμο των γραφημάτων (figures) close(1): διαγραφή του γραφήματος με id 1 close all: διαγραφή όλων των γραφημάτων help: προβολή πληροφοριών για μια εντολή και τα ορίσματά της π.χ. help clc: εμφάνιση βοήθειας για την εντολή clc
Μεταβλητές Κανόνες ονοματολογίας: - συνδυασμός χαρακτήρων, ψηφίων και underscores - δεν πρέπει να ξεκινούν με ψηφίο - το Octave είναι case-sensitive γλώσσα Ανάθεση τιμής σε μεταβλητή: - χωρίς ερωτηματικό: εμφανίζεται το αποτέλεσμα στο command window - με ερωτηματικό: εκτελείται η εντολή χωρίς να εμφανιστεί το αποτέλεσμα Σε καθεμία από τις δύο περιπτώσεις, το workspace ενημερώνεται αντίστοιχα ονομασία τύπος διάσταση τιμή
Μεταβλητή ans Μεταβλητή ans: όταν δε γίνεται ανάθεση μιας τιμής σε κάποια μεταβλητή, το αποτέλεσμα αποθηκεύεται στη μεταβλητή ans: Ενημέρωση του workspace: η μεταβλητή ans περιλαμβάνεται πλέον στο workspace: Χρήση της ans: η μεταβλητή ans μπορεί να χρησιμοποιηθεί κανονικά σε πράξεις, όπως και οι υπόλοιπες μεταβλητές.
Βασικές πράξεις Πρόσθεση: τελεστής + Αφαίρεση: τελεστής Πολλαπλασιασμός: τελεστής * Διαίρεση: τελεστής / Ύψωση σε δύναμη: τελεστής ^
Πίνακες (Ι) πίνακες διανύσματα Βασική δομική μονάδα του Οctave: ένας πίνακας περιγράφεται πάντα από δύο διαστάσεις, Μ x N, όπου Μ είναι ο αριθμός των γραμμών και Ν είναι ο αριθμός των στηλών. Ορισμός πίνακα γραμμής: τα στοιχεία του πίνακα δίνονται χωρισμένα με κόμματα. Η διάσταση του πίνακα είναι της μορφής 1 x N. Για παράδειγμα, για να ορίσουμε έναν πίνακα γραμμή με 5 στοιχεία: Ορισμός πίνακα στήλης: τα στοιχεία του πίνακα δίνονται χωρισμένα με ερωτηματικά. Η διάσταση του πίνακα είναι της μορφής Μ x 1. Για παράδειγμα, για να ορίσουμε έναν πίνακα στήλη με 5 στοιχεία: Οι πίνακες γραμμή και οι πίνακες στήλη ονομάζονται και διανύσματα. Μία μεταβλητή είναι ταυτόχρονα πίνακας γραμμή και στήλη και έχει διάσταση 1 x 1.
Πίνακες (ΙΙ) πίνακες 2 διαστάσεων Ορισμός πίνακα δύο διαστάσεων: συνδυασμός του τρόπου που ορίζουμε έναν πίνακα γραμμή και έναν πίνακα στήλη. Παρακάτω, δίνεται ένα παράδειγμα ορισμού ενός πίνακα διαστάσεων 3 x 3 και ένα παράδειγμα ορισμού ενός πίνακα διαστάσεων 3 x 5:
Πίνακες (ΙΙΙ)-πρόσβαση στα στοιχεία πίνακα Δείκτες πινάκων: στο Octave, οι δείκτες των πινάκων ξεκινούν από το 1. Πρόσβαση στα στοιχεία πινάκων: γίνεται με παρενθέσεις και τους δείκτες των στοιχείων. - πρόσβαση σε πίνακα γραμμή ή στήλη: - πρόσβαση σε πίνακα 2 διαστάσεων: - πρόσβαση σε πολλά στοιχεία: πραγματοποιείται ως εξής:
Πίνακες (IV) βασικές πράξεις Πρόσθεση και αφαίρεση πινάκων: γίνεται με τον τελεστή + και Πολλαπλασιασμός πινάκων (από γραμμική άλγεβρα): γίνεται με τον τελεστή * και δεν πραγματοποιείται όταν οι διαστάσεις των πινάκων είναι ακατάλληλες. ενώ
Πίνακες (V) bitwise πολλαπλασιασμός Πολλαπλασιασμός στοιχείων πίνακα στοιχείο προς στοιχείο (bitwise): Χρησιμοποιείται ο τελεστής.* Διαίρεση στοιχείων πίνακα στοιχείο προς στοιχείο: χρησιμοποιείται ο τελεστής./ Ύψωση στοιχείων πίνακα στο τετράγωνο: χρησιμοποιείται ο τελεστής.^ Αντίθετα: ο τελεστής ^ χρησιμοποιείται για τον πολλαπλασιασμό πίνακα με τον εαυτό του
Πίνακες (VI) χρήσιμες εντολές length(): επιστρέφει τη μεγαλύτερη διάσταση του πίνακα size(): επιστρέφει τις διαστάσεις ενός πίνακα ones(): δημιουργεί έναν πίνακα Μ x N με μονάδες zeros(): δημιουργεί έναν πίνακα Μ x N με μηδενικά sum(): πρόσθεση στοιχείων πίνακα
Έλεγχος ροής - Επανάληψη Συνθήκη ελέγχου ροής if_elseif_else: υπό όρους εκτέλεση του προγράμματος. Επιτρέπονται και nested συνθήκες. if (expression) group_of_statements_1 elseif (expression) group_of_statements_2.. else group_of_statements_3 endif Συνθήκη επανάληψης for_endfor: επανάληψη κώδικα. Επιτρέπονται και nested συνθήκες.
Ορισμός συναρτήσεων Μία συνάρτηση στο Octave μπορεί να οριστεί ως εξής: function μεταβλητές_για_αποτελέσματα = όνομα (παράμετροι). endfunction Μία συνάρτηση που επιστρέφει το διπλάσιο του ορίσματος που δέχεται είναι η παρακάτω: Μία συνάρτηση που δέχεται έναν αριθμό και επιστρέφει το τετράγωνο και τον κύβο του είναι η παρακάτω:
Γραφικές παραστάσεις (I) Μέσα από ένα παράδειγμα: Να σχεδιάσετε, σε κοινό διάγραμμα αξόνων, τη συνάρτηση μάζας πιθανότητας των κατανομών Βήτα με παραμέτρους α=1,β=3 και α=1,β=5. Να φροντίσετε η πρώτη σ.μ.π να έχει χρώμα κόκκινο και η δεύτερη να έχει χρώμα μπλε. Να τοποθετήσετε τίτλο στο γράφημα, υπόμνημα και περιγραφές στον οριζόντιο και στον κατακόρυφο άξονα.
Γραφικές παραστάσεις (II) clc; clear all; close all; # clear command window # clear workspace # clear figures x=0:0.01:1; # define an array from 0 to 1 with step 0.01 beta1 = betapdf(x,1,3); # beta distribution beta2 = betapdf(x,1,5); figure(1); # open a new figure with id 1 hold on; # to plot two distributions on the same figure plot(x,beta1,"r","linewidth",1.3); # r for red and width of line 1.3 plot(x,beta2,"b","linewidth",1.3); # b for blue hold off; # stop plotting on the same figure title("beta distributions plotted"); # provide a title for the figure xlabel("x axis"); # text for the horizontal axis ylabel("probability"); # text for the vertical axis legend("a=1,b=0","a=1,b=5"); # put a legend on the figure
Γραφικές παραστάσεις (III)
Ασκήσεις για εξάσκηση 1) Να αρχικοποιήσετε έναν πίνακα διαστάσεων 100 x 100 με τυχαίους αριθμούς ομοιόμορφα κατανεμημένους στο διάστημα [0,+1]. α) Να εκτυπώσετε τους αριθμούς που βρίσκονται από την 45 η έως την 49 η γραμμή του πίνακα και ανάμεσα στην 34 η και την 37 η στήλη του πίνακα. β) Να υπολογίσετε το πλήθος των αριθμών που είναι μεγαλύτεροι από 0,5. γ) Να υπολογίσετε το άθροισμα των στοιχείων του πίνακα. δ) Να υπολογίσετε το μέσο όρο των στοιχείων του πίνακα. 2) Να επιλύσετε το παρακάτω σύστημα: 2x + 7y + 3z = 5 4x 5y z = 10 2x 4y + z = 1 3) Να ορίσετε μία συνάρτηση που να δέχεται ως όρισμα δύο πίνακες Α, Β και να επιστρέφει το άθροισμα: i,j A i, j B(i, j), δηλαδή το άθροισμα των γινομένων των στοιχείων που βρίσκονται σε αντίστοιχες θέσεις στους δύο πίνακες. 4) Να σχεδιάσετε σε κοινό διάγραμμα τις κανονικές κατανομές με παραμέτρους μ = 0, σ 2 = 1 και μ = 0, σ 2 = 2.
Ασκήσεις για εξάσκηση (λύση της 1)
Ασκήσεις για εξάσκηση (λύση της 2 και 3)
Ασκήσεις για εξάσκηση (λύση της 4)
Περισσότερες πληροφορίες Περισσότερα για κατανομές: https://www.gnu.org/software/octave/doc/v4.2.0/distributions.html Περισσότερα για 2Δ γραφικές παραστάσεις: https://www.gnu.org/software/octave/doc/v4.0.0/two_002ddimensional- Plots.html#Two_002dDimensional-Plots